基于精确反馈线性化的PMSM自抗扰控制

为了提升永磁同步电机PMSM在负载变化和其他不确定干扰情况下的速度跟踪性能和抗干扰能力,提出了一种基于精确反馈线性化控制的自抗扰控制方法。首先,采用精确反馈线性化方法,通过坐标变化和状态反馈,将永磁同步电机模型解耦为独立的电流子系统和转速子系统,对转速子系统设计一种自抗扰控制器,对电机系统在运行中的不确定干扰进行实时估计并补偿,提升系统的速度跟踪性能和抗干扰能力。其次,针对自抗扰控制中非线性函数fal在拐点处不平滑的问题,对fal函数进行改进,减小了系统的高频抖振。最后,对基于精确反馈线性化、精确反馈线性化-自抗扰控制两种控制方法在MATLAB/Simulink仿真平台搭建相应的模型进行仿真结果对比,结果显示,精确反馈线性化-自抗扰控制速度跟踪调节时间缩短了58.33%,突加负载后恢复时间提升95.45%,表明该方法能够快速跟踪转速和负载转矩变化,具有良好的抗干扰能力,验证了所提方法的优越性。

基于精确反馈线性化的动力型下肢假肢支撑期解耦控制

目的针对膝-踝-趾动力型假肢系统支撑期强耦合性会导致假肢系统控制精度下降的问题,提出精确反馈线性化方法对动力型假肢系统解耦。方法采集人体下肢步态信息,将支撑期划分为支撑前中期和支撑末期,建立两个模态的动力学模型;使用精确反馈线性化解耦方法对支撑期假肢系统解耦,结合滑模控制设计动力型下肢假肢控制器;搭建联合仿真平台验证方法的有效性。结果解耦后系统相较于解耦前控制精度提高,解耦后支撑前中期膝、踝计算平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别减少至0.0011°、0.0026°,均方根误差(root mean square error,RMSE)分别减少至0.0147°、0.0236°;支撑末期膝、踝、趾MAE分别减少至0.0111°、0.0051°、0.0065°,RMSE分别减少至0.0219°、0.0210°、0.0129°,总体控制误差减少,响应速度加快,并且假肢能够在仿真环境中稳定运行。结论本文提出的解耦方法可有效简化下肢假肢系统的控制,并为假肢系统的进一步研究奠定基础。

Boost变换器精确反馈线性化滑模变结构控制

利用非线性系统的微分几何理论,在Boost变换器仿射非线性模型基础上,推导出对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,得到Boost变换器状态反馈精确线性化模型。在此线性化模型基础上,选取线性切换函数和指数趋近律,设计滑模变结构控制器。研究对比表明,所提出的精确反馈线性化滑模变结构控制策略具有良好的动态响应调节和稳态误差调节特性,同时克服了现有精确反馈线性化控制策略固有的对精确数学模型依赖性的缺点,表现出更强的鲁棒性,从而具有一般性理论和实际意义。

三相有源电力滤波器精确反馈线性化空间矢量PWM复合控制

提出一种基于精确反馈线性化的三相有源电力滤波器空间矢量脉宽调制控制方法。在三相并联型有源电力滤波器的仿射非线性模型基础上,推导出其状态反馈精确线性化非线性控制律,实现三相并联型有源电力滤波器有功补偿电流和无功补偿电流的解耦控制。选取适当的反馈系数可确定交流侧指令电压,利用空间矢量脉宽调制技术对所需的指令电压进行逼近。与PI控制的三角载波控制方案进行仿真对比分析,验证了所提出的控制方案的动、静性能指标均优于PI控制方案。研制了一台小功率样机,验证了所提方案的正确性和可行性。

有源电力滤波器精确反馈线性化准滑模变结构控制

提出一种基于精确反馈线性化的有源电力滤波器(active power filter,APF)准滑模变结构复合控制策略,解决了传统有源电力滤波器滑模控制器设计结构复杂及抖振问题。根据三相有源电力滤波器在d-q坐标系下的仿射非线性模型,推导相应的坐标变换矩阵与状态反馈表达式,得到系统精确反馈线性化模型。针对此线性系统设计积分滑模函数,并证明等效控制的存在性与滑模控制的可达性。最终实现了准滑模变结构控制器设计,并给出参数选取范围。仿真与实验结果证明,该复合控制方法结合了精确反馈线性化控制与滑模控制的优点,具有较优的动态控制响应与稳态控制性能。

CCM Buck变换器的精确反馈线性化滑模变结构控制

利用非线性系统的微分几何理论,在CCM Buck变换器仿射非线性模型的基础上,推导出了对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,得到了Buck变换器的精确反馈线性化模型。在此模型的基础上,选取线性切换函数和指数趋近律,设计了滑模变结构控制器.对比研究表明,所提出的精确反馈线性化滑模变结构控制策略具有良好的动态响应调节和稳态误差调节特性,表现出更强的鲁棒性.

一种基于精确反馈线性化的非线性鲁棒控制器

基于精确反馈线性化原理将非线性数学模型线性化,然后用闭环增益成形算法设计出鲁棒精确反馈线性化控制器,并将之用于船舶自动舵的航向保持方案中,用Matlab的Simulink进行了名义模型、摄动模型和不同海况干扰等多方面的仿真研究,最后将结果与基于LQR的精确反馈线性化控制器的仿真结果进行比较,得出本研究具有设计简单、物理意义明确和控制器鲁棒性较强的优点.

基于精确反馈线性化方法的SSSC非线性控制器

抑制电力系统功率振荡是静止同步串联补偿器的重要作用之一,考虑了静止同步串联补偿器(static synchronous seris compensator,SSSC)直流侧电容电压的动态调节过程以及各变量间的相互作用建立了SSSC的多变量仿射非线性模型,在此模型基础上,用精确反馈线性化方法设计了SSSC的非线性多输入多输出控制器。该控制器不仅能快速抑制系统功率振荡,还能使直流侧电容电压保持恒定。Matlab仿真结果验证了模型的有效性表明,所设计的控制器能有效地阻尼系统的功率振荡。

精确反馈线性化在移动机器人轨迹跟踪中的应用

本文首先介绍了轮式移动机器人从原始形式到链形式的转换 ,并以此为对象 ,通过动态扩展 ,引入了精确反馈线性化的方法 ,将链形式精确地转换为输入输出线性系统 ,在此基础上 ,设计了反馈控制器对轮式移动机器人的轨迹跟踪进行控制 .

超混沌系统精确反馈线性化耦合混沌同步

基于微分几何理论,在仿射型误差动力学方程引入耦合控制来扩充多输入多输出系统的向量相对阶,进而通过全部状态变量反馈线性化使其变换为线性可控的系统.在外环和线性耦合的组合控制下,实现了两个混沌系统之间的完全同步.以超混沌Chen系统为例提出了同结构混沌同步的控制方案,模拟仿真验证了方案的有效性.对于异结构混沌同步以及其他混沌同步类型的应用有较强的适用性.

精确反馈线性化中虚拟输出函数的求解与应用

为使精确反馈线性化方法得到更广泛的应用,给出虚拟输出函数的简便求解方法.首先将虚拟输出函数的求解转化为偏微分方程组的求解,然后针对这类偏微分方程组的特点提出仿照求解齐次线性方程组的方法可以简便的求出虚拟输出函数.利用该方法为非线性舵鳍联合系统实现了状态反馈线性化,并基于闭环增益成形算法设计了非线性鲁棒控制器,仿真表明该控制器对原非线性系统能起到良好的控制作用.该方法简单、实用,对于状态反馈线性化的实现具有一定的指导意义.

基于精确反馈线性化的直流微电网双向直流变换器反步滑模控制

直流微网中母线电压的变化对负载有很大的影响。储能系统通过双向直流变换器调节直流母线电压的过程中,占空比会大幅度变化,使变换器呈现严重的非线性,导致母线电压不稳定。针对这一问题,将精确反馈线性化与反步滑模控制相结合应用于双向直流变换器中,解决了变换器的非最小相位特性和变结构特性,保证了系统在不确定性和非线性条件下、外界干扰情况下的鲁棒性和稳定性。首先分析了变换器的状态方程,通过坐标变换推导出精确反馈线性化模型,并在此模型上设计了反步滑模控制器。最后利用PSCAD软件进行仿真,验证了所提控制方法的有效性及优越性。

基于精确反馈线性化的直流微电网恒功率负载系统NTSMC稳定性研究

针对带有恒功率负荷CPL(constant power load)的直流微电网系统易引起系统振荡的问题,提出一种基于精确反馈线性化的非奇异终端滑模控制NTSMC(non-singular terminal sliding-mode control)策略。首先,采用状态反馈精确线性化技术,建立变换器系统线性化模型;然后,设计基于复合滑模面的NTSMC,以实现系统快速收敛并有效削弱传统滑模的抖振问题,确保负载恒定功率供应;最后,建立Matlab/Simulink仿真模型。仿真结果表明,对于带CPL的直流微电网系统,所设计的基于精确反馈线性化的复合滑模面NTSMC系统具有较高的鲁棒性,可保证系统在输入电压摄动及负载出现扰动时有理想的稳态特性和动态响应。

静止同步补偿器精确反馈线性化滑模控制研究

静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)的传统滑模控制方法结合了其他的线性控制方法,使得控制参数调节麻烦,不能达到滑模控制的良好效果,针对该问题提出了STATCOM输入状态精确反馈线性化的滑模控制策略,通过计算得到合适的输出函数,将原非线性模型全部转化为Brunovsky标准型,然后对Brunovsky标准型设计了滑模控制的滑模面和控制律并转化到原系统中,采用Lyapunov函数检验了系统的稳定性。最后,仿真验证了该控制器改进了传统滑模控制结合线性控制的缺陷,对系统变化的反应更灵敏。

基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略

该文基于微分几何理论,从状态空间的角度出发对双馈异步风机(doubly fed induction generator,DFIG)的机侧变换器和网侧变换器独立设计,通过构造微分同胚变换将其动态模型精确线性化并设计相应的非线性控制律,实现了多目标最优控制。通过仿真验证表明,基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略能有效抵御外界风况和电网电压的剧烈变动并快速恢复稳定,呈现优良的抗扰特性。

基于反馈精确线性化解耦的FMSS改进滑模控制策略

柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)存在非线性和强耦合的特点,传统的比例积分(proportional integral,PI)控制难以实现输出功率的完全解耦,且存在PI参数调节困难、系统动态响应速度慢及鲁棒性差等问题。文中首先利用反馈精确线性化将FMSS由高阶非线性系统转化为2个完全独立的一阶线性系统,实现了有功和无功电流的完全解耦;然后针对传统滑模控制(sliding mode control,SMC)趋近速度慢、系统收敛性能差以及运动抖振大等问题,设计了一种基于自适应趋近率的改进SMC算法,对电压外环和电流内环进行优化,并通过Lyapunov函数研究了所提算法的稳定性;最后在Simulink软件中,对三端口FMSS在输出功率扰动、交流电压暂降及系统参数摄动等工况下进行仿真分析,结果表明所提控制策略增强了系统的鲁棒性和抗干扰能力,可有效提升系统的动态响应速度。

Buck类DC/DC变换器状态反馈精确线性化恒流控制方法

在两级式开关电源的结构中,前级引入的输入电压低频纹波会引起后级输出电流的波动。为了解决这个问题,首先建立了对于Buck及Buck衍生电路的通用大信号平均模型。在此基础上,运用微分几何理论对此仿射非线性系统进行状态反馈精确线性化,推导出对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式。在得到的线性化模型基础上运用工程上易实现的PI调节器,对系统进行相应的输入电压抗扰性分析,理论分析表明所提控制方法使输出电流不受输入电压扰动影响。实验表明与传统的平均电流模式恒流控制相比,所提出的精确反馈线性化恒流控制策略具有良好的抑制输入电压低频扰动的稳态调节特性,对不同大小的输入电压均适用。此外,该方法使系统具有较小的调节时间,动态性能较好,具有一般性的理论和工程应用价值。

UPFC状态反馈精确线性化潮流控制策略

统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)传统线性控制器的性能可能因运行点的大范围变化而恶化,针对该问题提出了一种基于微分几何状态反馈精确线性化理论的UPFC非线性潮流控制策略。通过选择李雅普诺夫型输出函数、适当的非线性坐标变换和状态反馈将UPFC的5阶非线性系统完全转化为一个线性系统,然后采用线性极点配置方法设计了UPFC内部潮流控制器。IEEE 118节点系统的仿真对比结果表明,所提UPFC潮流控制策略改进了传统PI控制近似线性化的缺陷,有效适应了UPFC控制范围的大幅度变化,在提高电力系统暂态稳定性方面的效果明显优于传统PI控制。此外,该控制策略设计过程可以应用于所有基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的柔性交流输电系统(flexibleAC transmission system,FACTS)装置。

基于状态反馈精确线性化的MMC非线性解耦控制研究

柔性直流输电中,传统闭环比例积分(proportion integral,PI)控制策略基于两电平电压源型换流器模型进行设计,对于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)并未考虑其桥臂环流和子模块电容电压动态特性的影响,以致MMC的有功、无功和环流间并未实现真正的完全解耦控制,且难以兼顾暂态响应速度和稳定性之间的平衡。鉴于以上不足,该文基于状态反馈精确线性化理论,提出一种MMC非线性解耦控制策略,给出其非线性状态反馈律的设计方法和完整控制框图,对其进行零动态稳定性分析并给出PI控制器参数的具体整定方法。该文以两端MMC-HVDC为例对分别应用传统闭环PI控制和非线性解耦控制的MMC暂态性能和抗扰动性能进行对比,仿真结果表明:相对于传统闭环PI控制,非线性解耦控制实现有功和无功间完全解耦控制,且暂态响应迅速,控制参数易于整定,具有更强的抗交直流电压扰动特性。

基于状态反馈精确线性化Buck变换器的微分平坦控制

针对传统PI控制的Buck变换器暂态性能差的缺点,本文提出一种基于状态反馈精确线性化的微分平坦控制方法。首先,根据状态空间平均法,建立了电感电流连续导电模式Buck变换器的仿射非线性模型,在此基础上,应用状态反馈精确线性化的方法,推导出状态反馈控制率,实现了系统的能控线性化。其次,针对此状态反馈精确线性化模型,设计了系统前馈控制器;并且将扰动观测器嵌入前馈控制器中,实现对输出电流的补偿;同时,为了消除实际系统由于未建模部分及外部干扰而导致系统实际输出与期望输出之间存在的偏差,设计了误差反馈补偿器。结合前馈控制器与反馈补偿器可得到本文提出的基于状态反馈精确线性化的微分平坦控制,其中,前馈控制器中的微分项保证了变换器系统的快速性,反馈补偿器中的误差项保证了变换器系统的准确性。基于闭环系统的雅可比矩阵,采用特征值灵敏度理论,研究了变换器电路参数变化时对系统特征值的影响程度及趋势,指出减小电感量、增大电容值有利于提高系统的稳定性。最后,搭建了Buck变换器实验样机。实验结果表明,与传统PI控制方法相比较,本文提出的基于状态反馈精确线性化的微分平坦控制方法能更好地抑制输入电压和输出电流的扰动,具有更小的调节时间和超调电压,表现出更优越的暂态性能,该控制策略具有一定的工程应用价值。